电站容量与负荷计算课件

第2讲电站容量及负荷计算 主要内容 三类负荷法需要系数法发电机组功率和数量的确定船舶柴油发电机组设备的选型 一 确定船舶电站容量的目的 船舶电站容量和发电机组台量是以满足船舶用电的需求 并保证船舶的安全性和经济性而确定的 正确合理地计算船舶电站的容量和选择发电机组的台数 将直接影响船舶运行的可靠性和经济性 具有很重要的意义 根据不同的运行工况 给出最佳运行方式 使电站的功能充分发挥 保证船舶电力系统始终处在安全 可靠 经济 优质的状态下运行 二 船舶电站负荷计算方法电力负荷计算在船舶电气中是一项重要的工作 如果计算不正确 选择发电机组不恰当 将直接影响全船用电设备的正常运行和电站运行的经济性 可靠性 为了确定船舶电站的总功率和发电机组的台数 首先要知道全船电力负载所需的总功率 这个总功率中不是简单地将各用电设备的额定功率相加 而是要通过负荷计算才能得到 当然船舶在不同工况下 其计算负荷也不会相等 根据各工况下计算所得的总功率 还需考虑诸如电网损耗 同时系数等因素的影响 最后才能确定发电机组的功率和数量 电站容量的负荷计算方法很多 主要有下列几种 三类负荷法 中国 俄罗斯 需要系数法 日本 欧洲等国 概率论法 适用于同类型船舶 根据统计规律 找到发电机功率与主机功率之间的关系 昼夜航行图表法 适用于小船和辅机不多的船 统计表格法 计算机仿真法 算式计算法 以某项特大负荷为基数的负荷计算法前四种方法应用较多 无论哪一种方法 计算的准确性都与设计人员的经验有直接关系 船舶电站的容量的计算结果用表格的形式表示 称作船舶电力负荷计算书 表2 1船舶电力负荷计算书 部分 一 负荷计算分类 采用三类负荷法计算全船电力负荷时 需将设备负荷在某一运行工况下按使用时间的长短分成如下三类 1 第 类负荷 连续使用类负荷 2 第 类负荷 短时或重复短时使用类负荷 3 第 类负荷 偶然短时使用类负荷 电力负荷按船舶运行工况可分为以下几类 1 航行工况 船舶全速 满载航行状态 2 进出港工况 港内低速航行或靠离码头等机动状态 3 装卸货工况 货船或油船的装卸状态 4 海上作业工况 调查船 工程船的海上作业 5 停泊工况 船舶停靠码头或锚地上 无装卸作业 6 应急工况 指船舶在火灾或海损的状态 应注意不同的船舶其运行工况不完全相同 应视具体情况确定 二 计算系数 1 电动机利用系数K1电动机的利用系数K1定义为 机械的轴上最大功率PM与电动机的额定轴功率PN之比 即式中PM 机械轴上最大功率 PN 电动机的额定功率 2 机械负荷系数K2机械负荷系数K2定义为 每一机械实际使用轴功率P2与机械最大轴功率PM之比 即 式中P2 某状态下机械轴上实际需要功率 PM 机械的最大轴功率 3 电动机负荷系数K3在通常负荷条件下 实际机械负荷所需要电动机输出的功率 可用电动机负荷系数来描述 即用K1与K2的乘积反映电动机的负荷情况 电动机负荷系数定义为 从上式可以看出 电动机负荷系数K3反映的是实际机械负荷与电动机额定功率之比 4 同时使用系数K0在某一运行状态时 同类机械不一定都同时使用 因此我们用一组同功率的用电设备的同时使用系数K0来计及它的影响 即同时使用系数为式中n 该组同时工作的用电设备数目 m 该组用电设备的总数 5 总同时系数K0 和K0 一般情况下 第I 类负荷总同时使用系数的取值范围为K0 0 8 1 0K0 0 3 1 0具体选定时可参考下述原则 1 在大的船舶上 由于负荷的数量较多 同时工作的可能性要小些 因此同时工作系数比负荷少的船舶可取小些 2 船舶的活动愈紧张 同时工作系数就取得愈大 因为设备的同时工作可能性愈大 例如 舰艇在战斗状态时K0 取0 8 而在停泊时 可取0 65 三 所需功率的计算 1 额定所需有功功率在确定一台电动机需要电网供给的所需有功功率时 需要考虑到电动机的效率 在额定工作状态下 一台电动机需要电网供给的额定功率为 kW 式中 电动机额定效率 可从电动机特性曲线上查得 一组同类电动机额定所需总功率应为 kW 式中m 该组同类电动机数目 对于照明及弱电设备来说 P5就是其装置功率 2 实际所需有功功率由于在某一运行状态时 机械并不一定满负荷 一组同类辅机不一定都同时使用 考虑它们的影响 一组同类电动机实际所需有功功率为 kW 3 实际所需无功功率对于交流用电设备 需要考虑到功率因素cos 尚需计算所需无功功率 kvar 式中 用电设备的实际功率因数角 由实际负荷的cos 求得 cos 可根据电动机的额定功率PN 额定转速nN和负荷程度由下表中查得 4 运行工况下需要发电机供给的总功率在计算完各组用电设备所需有功功率和无功功率之后 便可确定各运行工况下发电机应供给用电设备的总功率 此时需要发电机供给的总功率应考虑到各组用电设备之间的第I类负荷总同时使用系数K0 和第 类负荷总同时系数K0 在发电机供给的总功率中 尚需计入5 的电网损耗 因此 某运行状态需要发电机供给的总功率为总有功功率 总无功功率式中P P 该状态下第 类 第 类负荷的总有功功率 Q Q 该状态下第 类 第 类负荷的总无功功率 在某运行状态下负荷的平均功率因数cos 可用下法求得 即在某运行状态下可能短时需要的最大负荷为式中P 该状态第 类负荷的总有功功率 式 计算所得的结果就是船舶在某一运行状态需要发电机供给的总功率 这个总功率是该状态下选择发电机功率和台数的依据 根据最大负荷的总有功功率 再考虑10 20 的储备容量 即可确定船舶电站的容量 一般说来 船舶在航行等主要运行工况下 总的功率因数不低于0 7 对电站发电机功率的选择影响不大 为简化起见 有时可不计算无功功率 四 负荷表的编制 用三类负荷法计算全船电力负荷时 可按下列程序进行 1 向轮机和舾装等专业收集全船用电设备的原始数据 2 将全船负荷按使用情况分为三类 连续 短时 偶然短时 3 根据船舶类型及用途选定计算工况 将全船用电设备按用途或系统分类并填入电力负荷计算书的表中 4 确定系数K1 K2 K3和K0 5 计算各电动机和用电设备的额定所需功率P4 设备组的额定所需功率P5 每一运行工况下实际所需有功功率P和无功功率Q 6 计算每一运行状态下各类负荷所需的总功率PI PII PIII QI QII和QIII 7 考虑总同时使用系数K0I和K0II 并计及电网损耗5 计算各运行状态下负荷所需总功率P 8 根据上述计算结果选择发电机组的单机功率和数量 并核算各工况下发电机负荷百分率 一般发电机应有10 20 的储备功率 最后还要用可能出现的短时需要最大负荷Pmax校验发电机的过载能力是否满足 五船舶电站发电机组功率和台数的确定 电站容量和电站数量发电机组容量和台数选择原则单电站发电机组台数和机组功率多电站发电机组台数和机组功率 一 电站容量和电站数量 1 电站容量可将电力负荷计算得到的各工况所需总功率P 适当放大 求得电站所需功率P 即式中P 全船电力负荷计算所需总功率 根据船舶的实际情况 可在1 2 1 5的范围内选取放大系数 一般对今后改装可能性比较大的船舶应选取较大的发电量 2 船舶电站的数量船舶电站配置的数量应符合总体设计的要求和电站设计的基本原则来确定 下表列出了通常情况下各类船舶电站配备的推荐数量 3 确定电站容量的基本原则 1 电站容量应能满足船舶在各种运行工况下的用电量 并有适当的裕量 以保证连续可靠的供电 因此 电站容量应以实际用电量最大的运行工况为基础来确定 2 裕量功率不能太大 以保证其经济性 二 发电机组容量和台数选择原则 发电机组的总容量决定于电站的总容量 发电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本原则确定 1 单机组容量以最高负荷率为80 来确定为宜 2 船舶电站必须有备用机组 其容量要能满足船舶各运行工况的用电需求 所以船舶最少要有两台发电机组 3 船舶电站应尽可能减少发电机组的品种 4 对于民用船舶 要求使用的发电机台数要少些 一般选2 4台发电机 5 对于军用船舶 为提高其生命力起见 应增加发电机台数和电站数量 6 确定单机组容量和机组数量时 要考虑各机组的使用寿命应与主机寿命相当 7 应急发电机的容量应由应急工况的负荷计算功率来决定 根据上述各项原则 一般民用船舶电站设置2 3台 包括备用机组 同型号 同容量的主发电机组 最多为4台 有些船舶在无作业停泊期间用电量少 常专设一台小容量的停泊发电机 三 单电站发电机组台数和机组功率 1 利用计算机专用软件选择发电机台数和单机功率近年来 在船舶电站设计中 设计人员利用计算机运算速度快 精度高 通用性强 逻辑分析与判断能力强等特点 通过编程由计算机智能选择船舶电站的发电机台数和单机功率 在进行负荷计算时 以下原始参数是必需的 1 船舶各工况所需总功率 2 标准系列发电机组的额定功率 3 运行发电机负荷率的上限值和下限值 4 备用发电机台数 2 按经验确定电站发电机台数和单机功率各种运行工况下电力负荷变化不大的船舶 可按经验选定发电机台数n kW 式中P 考虑放大系数后船舶各工况中数值最高的电站所需功率 单台发电机的功率Pg为选定的发电机单机功率尚需经下列检验 1 发电机单机容量应保证船舶异步电机的顺利起动 2 检验电站在所有运行工况下发电机的工作台数 3 根据发电机组的产品目录选择标准功率的发电机组作为最后选定的单机功率 3 军用船舶粗略估算电站的配备一 电站容量和电站数量军用船舶通常设置多个主电站 其设计的主要特点在于选择适当的生命力储备系数 电站的生命力储备系数就是为保证供电生命力而增加电站总功率储备的百分比 可以用下式表示 式中PK 考虑了供电生命力储备后的全舰发电机总功率 kW Pmax 舰船电力负荷功率最大工况的负荷值 kW 当舰船配备不同数量的电站 其中含不同数量的后备电站 时 其生命力储备系数的数值可参见下表 多电站设计的主要步骤简要叙述如下 1 生命力储备系数的确定 1 船舶可能出现的最大负荷功率越大 选取的储备系数也应越大 船舶总体对供电生命力的要求越高 应选取的储备系数也越大 2 船舶布置上有困难时 要综合分析 适当降低KK 通常多电站的备用 设置一个电站的容量作为备用 2 某个主电站功率的确定根据生命力储备系数的定义 可求得单个电站的功率为式中N 电站的数量 3 发电机数量和单机容量参照单电站方法 确定电站发电机数量和单机容量 船舶电力系统设计规范和标准 我国现行船舶规范和标准分民用船舶规范和军用舰船标准两种 这些规范和标准每隔一定时间就需要修改和更新 设计时应该注意参照最新的版本 1 民用船舶规范民用船舶规范是由中国船级社制定和发布的 与船舶电力系统有关的现行规范有 钢制海船入级规范 钢制内河船舶入级规范 2 军用舰船规范军用舰船规范 GJB 是由国防科学技术工业委员会批准和发布的 与舰船电力系统有关的现行规范主要有 海军水面舰艇规范 3 国际标准近年来 我国对外经济交往发展迅速 为适应船舶